金属材料的切削加工性能

⾦属材料的切削加⼯性能

在切削加⼯中，判断材料切削加⼯的难易程度、改善和提⾼切削加⼯性对提⾼⽣产率和加⼯质量有重要意义。本⽂论述

了评定⾦属材料切削加⼯性的指标，影响因素和改善⽅法。

⾦属材料切削加⼯性的概念

⾦属材料的切削加⼯性能通常是指⾦属材料所具有的能明确地定义和度量为其可被切削加⼯难易程度标志的⼀种性能或

品质。⼀般来说，良好的切削加⼯性应该是：⼑具耐⽤度较好或在⼀定耐⽤度下切削速度较⾼、切削⼒较⼩、切削温度

较低、容易获得较好的⼯件表⾯质量和切屑形状容易控制或容易断屑。

材料的切削加⼯性的概念具有相对性。所谓某种材料切削加⼯性好坏，是相对于另⼀种材料⽽⾔的。⼀般在讨论钢料的

切削加⼯性时，习惯地以碳素结构钢45为参考基准。如称⾼强度钢⽐较难加⼯，就是相对于45钢⽽⾔的。

⼑具的切削性能与切削加⼯性的关系最为密切，不能脱离⼑具的切削性能孤⽴地去讨论被加⼯材料的切削加⼯性，⽽是

应将两者结合起来研究。在了解了⼯件材料的切削加⼯性并采取了有效措施之后，就能够提⾼加⼯效率，保证加⼯质

量，降低加⼯成本。

评定⼯件材料的切削加⼯性的主要指标

材料的切削加⼯性是指导某种材料进⾏切削加⼯性的难易程度，其易程度，⼀般与材料的化学成份，热处理状态﹑⾦相

组织﹑物理⼒学性能以及切削条件有关。⼯件材料的切削加⼯性，通常⽤下⾯的⼀个或数个指标衡量：

1、以⼑具寿命来衡量

在保证相同⼑具耐⽤度的前提下，切削某种⼯件材料所允许的切削速度；

2、以加⼯质量如表⾯天蝎座和狮子座 光洁度来衡量

3、以单位切削⼒来衡量

4、以极限⾦属切除率来衡量

5、以断屑性能，包括切屑形状来衡量

影响⾦属材料切削加⼯性的因素

1.材料的强度和塑性

以⼯件材料的硬度（包括常温硬度和⾼温硬度）来说，⼀般情况下，同类材料中常温硬度⾼的加⼯性低。因为材料硬度

⾼时，切屑与前⼑⾯的接触长度减⼩，因此前⼑⾯上切应⼒增⼤，摩擦热量集中在较⼩的⼑-屑接触⾯上，促使切削温

度增⾼和磨损加剧，在硬度过⾼时甚⾄引起⼑尖的烧损及崩刃。以钢材为例，硬度适中的钢材较好加⼯。此外，适当提

⾼材料的硬度，有利于获得较好的加⼯表⾯质量。材料的塑性通常以延伸率表⽰。⼀般，材料的塑性越⼤，越难加⼯。

因为塑性⼤的材料，加⼯变形和硬化、⼑具表⾯的冷焊现象都⽐较严重，不易断屑，不易获得好的已加⼯表⾯质量。

2.材料的韧性

韧性以冲击值表⽰。材料的韧性越⾼，则切削时消耗能量越多，切削⼒和切削温度也都较⾼，且不易断屑，故加⼯性较

差。有些合⾦结构钢不仅强度⾼于碳素结构钢，冲击值也较⾼，故较难加⼯。

其他物理机械性能对切削加⼯性也有⼀定影响。如线膨胀系数⼤的材料，加⼯时热胀冷缩，⼯件尺⼨变化很⼤，故不易

控制精度。弹性模量⼩的材料，在已加⼯表⾯形成过程中弹性恢复⼤，易与后⼑⾯发⽣强烈摩擦。

某些材料的化学性质也在⼀定程度上影响切削加⼯性。如切削镁合⾦时，粉末状的碎屑易与氧化合⽽燃烧。切削钛合⾦

时，⾼温下易从⼤⽓中吸收氧、氮，形成硬⽽脆的化合物，使切屑成为短碎⽚，切削⼒和切削热都集中在切削刃附近，

时，⾼温下易从⼤⽓中吸收氧、氮，形成硬⽽脆的化合物，使切屑成为短碎⽚，切削⼒和切削热都集中在切削刃附近，

从⽽加速了⼑具的磨损。

3.材料的⾦相组织和热处理⽅式

⾦属热处理⼯艺⼤体可分为整体热处理、表⾯热处理和化学热处理三⼤类。根据加热介质、加热温度和冷却⽅法的不

同，每⼀⼤类⼜可区分为若⼲不同的热处理⼯艺。同⼀种⾦属采⽤不同的热处理⼯艺，可获得不同的组织，从⽽具有不

同的性能。钢铁是⼯业上应⽤最⼴的⾦属，⽽且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理⼯艺种类繁多。

整体热处理是对⼯件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体⼒学性能的⾦属热处理⼯艺。钢铁整体热处理⼤

致有退⽕、正⽕、淬⽕和回⽕四种基本⼯艺。

退⽕是将⼯件加热到适当温度，根据材料和⼯件尺⼨采⽤不同的保温时间，然后进⾏缓慢冷却，⽬的是使⾦属内部组织

达到或接近平衡状态，获得良好的⼯艺性能和使⽤性能，或者为进⼀步淬⽕作组织准备。正⽕是将⼯件加热到适宜的温

度后在空⽓中冷却，正⽕的效果同退⽕相似，只是得到的组织更细，常⽤于改善材料的切削性能，也有时⽤于对⼀些要

求不⾼的零件作为最终热处理。

淬⽕是将⼯件加热保温后，在⽔、油或其他⽆机盐、有机⽔溶液等淬冷介质中快速冷却。淬⽕后钢件变硬，但同时变

脆。为了降低钢件的脆性，将淬⽕后的钢件在⾼于室温⽽低于650℃的某⼀适当温度进⾏长时间的保温，再进⾏冷却，

这种⼯艺称为回⽕。退⽕、正⽕、淬⽕、回⽕是整体热处理中的“四把⽕”，其中的淬⽕与回⽕关系密切，常常配合使

⽤，缺⼀不可。

“四把⽕”随着加热温度和科目一仿真 冷却⽅式的不同，⼜演变出不同的热处理⼯艺。为了获得⼀定的强度和韧性，把淬⽕和⾼温回

⽕结合起来的⼯艺，称为调质。某些合⾦淬⽕形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍⾼的适当温度下保持较长时间，

以提⾼合⾦的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理⼯艺称为时效处理。

把压⼒加⼯形变与热处理有效⽽紧密地结合起来进⾏，使⼯件获得很好的强度、韧性配合的⽅法称为形变热处理；在负

压⽓氛或真空中进⾏的热处理称为真空热处理，它不仅能使⼯件不氧化，不脱碳，保持处理后⼯件表⾯光洁，提⾼⼯件

的性能，还可以通⼊渗剂进⾏化学热处理。

表⾯热处理是只加热⼯件表层，以改变其表层⼒学性能的⾦属热处理⼯艺。为了只加热⼯件表层⽽不使过多的热量传⼊

⼯件内部，使⽤的热源须具有⾼的能量密度，即在单位⾯积的⼯件上给予较⼤的热能，使⼯件表层或局部能短时或瞬时

达到⾼温。表⾯热处理的主要⽅法有⽕焰淬⽕和感应加热热处理，常⽤的热源有氧⼄炔或氧丙烷等⽕焰、感应电流、激

光和电⼦束等。

4.机械特性

不同的机床和机床不同的参数对⾦属材料的切削加⼯性能也会有不同程度的影响。

改善材料可切削性的途经

1.改善材料的化学成份

以思乡的句子 常⽤⾦属为例，在黄铜中加⼊1%～3%的铅，在钢中加⼊0.1%～0.25%的铅。铅可以球状粒⼦存在于材料的⾦相组织

中，切削时能起很好润滑作⽤，减少摩擦，使⼑具耐⽤度和表⾯质量得以提⾼。在碳钢中加⼊MnS，它分布于珠光体

中，起润滑作⽤，使⼑具耐⽤度和切切削后的表⾯质量提⾼，增⼤脆性，切屑易断。

2.材料加⼯前进⾏合适的热处理

低碳钢通过正⽕处理后，细化晶粒，硬度提⾼，塑性降低，有利于减⼩⼑具的粘结磨损，减⼩积屑，改善⼯传承的英文 件肖文阁 表⾯粗糙

度；⾼碳钢球化退⽕后，硬度下降，可减⼩⼑具磨损；不锈钢以调质到HRC28为宜，硬度过低，塑性⼤，⼯件表⾯粗

糙形容元宵节的诗句 度差，硬度⾼则⼑具易磨损；

⽩⼝铸铁可在950～1000℃范围内长时间退⽕⽽成可锻铸铁，切削就较容易。

3.选加⼯性好的材料状态

低碳钢经冷拉后，塑性得以下降，加⼯性好；

锻造的坯件余量不均，且有硬⽪，加⼯性很差，改为热轧后加⼯性得以改善。

4.其它

采⽤合适的⼑具材料，选择合理的⼑具⼏何参数，合理地制订切削⽤量与选⽤切削液等也能影响材料的切削加⼯性能。